Функционально замкнутые системы и принцип обратной связи

Как уже упоминалось в предыдущем параграфе, для функционально замкнутых систем характерно следующее обстоятельство: среда рассматриваемого объекта (или ее часть) представляет собой функционально детерминированную систему и реализует в системе объект – среда обратную связь.

Понятие обратной связи является одним из центральных в кибернетике. При отсутствии обратной связи результаты функционирования объекта не влияют закономерно на его будущую судьбу. В данном случае функционирование не улучшает и не ухудшает среду обитания объекта сообразно критериям выживаемости объекта и в этом смысле индифферентно к объекту. Без обратной связи было бы немыслимо целесообразное поведение системы, адаптация ее к новым условиям существования.

Между тем в мире кибернетических систем действие никогда не бывает индифферентным к своему объекту и поэтому становится деятельностью. Функционирование системы закономерно влияет на нее, в целом улучшая среду ее обитания или, во всяком случае, обнаруживая к этому определенные тенденции.

Понятие обратной связи анализируется в ряде работ. В монографии Л. А. Петрушенко [ 8 ] последовательно исследуются методологические и философские аспекты принципа обратной связи и показывается его роль в области высших форм движения. Рассматривая специфику обратной связи в кибернетических системах, Л. А. Петрушенко указывает, что кибернетическое понятие обратной связи. не сводится к понятию обратного воздействия или к понятию физического канала обратной связи. Для кибернетических систем важна не всякая обратная связь, а прежде всего та, которая оказывает регулирующее обратное воздействие путем передачи необходимой для этого информации. Результатом регулирующего воздействия является сохранение системы или повышение ее организованности.

Полемизируя с Г. Клаусам и Р. Эшби, склонными придать принципу обратной связи всеобщий характер, Л. А. Петрушенко пишет: "В кибернетическом понимании понятие "обратная связь" (а также понятие "принцип обратной связи") не имеет всеобщего характера, хотя некоторые особенности (в частности, необходимость цепи обратной связи как условия осуществления процесса управления) являются общими, для любого толкования обратной связи". Обратная связь в кибернетике, указывает далее Л. А. Петрушенко, это "связь между управляемым и управляющим устройством для передачи осведомительной (или контролирующей) информации от управляемого устройства к управляющему и вместе с тем один из элементов управления с обратной связью".

Трактовку Л. А. Петрушенко следует считать удачной в том отношении, что она позволяет выделить специфику собственно кибернетических форм управления. Для объектов неживой природы, где действие обратной связи порождает лишь определенные аналоги управления в высокоорганизованных системах, Л. А. Петрушенко предпочитает использовать термины "авторегуляция", "квазиуправление".

На неправомерность расширительного толкования кибернетических форм управления указывает также Б. В. Бирюков, который, как и Л. А. Петрушенко, подчеркивает информационный характер кибернетического регулирования в отличие от авторегуляции в неживой природе. Он пишет: "В отношении неживой природы неоправданно говорить о процессах управления". И далее: "Процессы управления отсутствуют в неживой природе потому, что в неживых системах нет использования информации" [ 10 ].

Все это можно было бы принять без каких-либо оговорок, если бы мы всегда вполне ясно отличали процессы, где используется информация, от процессов, где этого не происходит. Правда, употребляя термин "неживая природа", Б. В. Бирюков предусмотрительно оговаривается, что в это понятие не включаются технические системы, создаваемые человеком. Действительно, здесь неявно сказывается активное присутствие человека с его способностью опережающего отражения действительности. Тем не менее остается неясным, почему нельзя говорить о переработке информации, например в ЭВМ, рассматриваемой отдельно от человека, или тем более в будущих машинах, способных воспроизводить творческие акты на основе использования информации.

В этой связи уместно напомнить о работе Д. А. Поспелова и В. Н. Пушкина, где описывается класс устройств (гироматы), которым, по-видимому, нельзя отказать в некоторых способностях к опережающему отражению. Характеризуя процессы, протекающие в гироматах, авторы пишут: "На основе информации, поступающей из внешней среды, гиромат строит первичную модель – "мгновенную фотографию" состояния среды в виде конкретной ситуации на ДСС (дискретная ситуационная сеть. – Ю.М.). "Наблюдая" смену ситуаций за некоторое время Т и учитывая воздействия гиромата на среду, определенное устройство формирует гипотезы о закономерностях, имеющихся в среде. Эти закономерности используются при построении семиотической модели внешнего мира, "мысленные опыты" с которой служат основой для принятия решений о воздействии на внешнюю среду (на активные решатели в ДСС)".

В попытке ограничить кибернетические формы управления только миром живой природы в известной мере дает о себе знать антропоморфное употребление понятий, характерных для кибернетики. "Использование информации", "целеполагание", "осмысление" – эти понятия мы связываем слишком прочными нитями с тем кругом свойств, которые считаются монополией человека. Тем самым мы создаем определенные трудности для раскрытия объективной природы этих понятий.

С методологической точки зрения более целесообразно выяснение условий, при которых можно говорить об использовании информации и об актах целеполагания, вместо того чтобы с самого начала использовать их в качестве рубежа между живой и неживой природой.

Принцип обратной связи широко распространен как в живой, так и в неживой природе. И хотя формы его проявления различны, сущность остается одинаковой для всех случаев. Об этом пишет и Л. А. Петрушенко. В этой связи он приводит следующие слова И. П. Павлова: "Для последовательного натуралиста и в высших животных существует только одно: та или иная реакция животного на явления внешнего мира. Пусть эта реакция чрезвычайно сложна по сравнению с реакцией низшего животного и бесконечно сложна по сравнению с реакцией любого мертвого предмета, но суть дела остается все той же".

Анализируя управление, осуществляемое по принципу обратной связи, было бы, пожалуй, более правильным идти по пути выявления не предметной области использования этого принципа, а позиции исследователя, при которой принцип обратной связи естественным образом становится в центр его внимания. Представляется, что такой позицией является функциональный подход.

Рассмотрим понятие обратной связи в рамках двустороннего отношения объект – среда, когда среда обнаруживает функционально детерминированный характер относительно рассматриваемого объекта, т.е. реализуются условия функционально замкнутой системы. Особенность такого рассмотрения состоит в том, что обратная связь полагается как элемент среды, включенный в замкнутый контур связи между объектом и средой. И этот элемент, и сам объект представлены функциональными отображениями в соответствии с выбранным подходом.

Структурно элемент может ассимилироваться объектом и образовать в совокупности с ним систему с обратной связью в обычном понимании этого слова. В этом случае элемент среды становится частью системы и все отношение объект – среда некоторым образом изменяется. Это изменение благоприятно, если ассимилированный элемент среды проявил себя в форме отрицательной обратной связи, обеспечивающей системе устойчивость относительно остальной среды. В противном случае система разрушается и внешний наблюдатель может расценивать этот факт как результат естественного отбора.

Процесс ассимиляции элементов среды объектом в рамках функционального подхода и формирование на этой основе системы с обратной связью можно изобразить как процесс последовательного усложнения систем. Вместе с тем это процесс целенаправленного изменения среды. В совокупности эти два процесса приводят систему к состоянию адаптации, равновесия со средой. На уровне высокоорганизованных систем, таких как человек или социальная система, ассимиляция элементов среды воспринимается как конструирование "искусственной среды", составляющей материальную основу цивилизации. С этим фактом тесно связана функциональная природа мира вещей, окружающих человека, о чем уже говорилось в главе I.

Таким образом, имеются определенные методологические предпосылки для того, чтобы процесс развития и самоорганизации систем трактовать с позиции функционального подхода как процесс последовательной ассимиляции элементов среды и, стало быть, последовательного и целенаправленного изменения самой среды.

При этом следует подчеркнуть, что данный процесс был бы просто невозможен без формирования в системе обратных связей. Само определение обратной связи как элемента среды, ассимилированного системой, указывает на то, что сущность описанного процесса как раз в этом и состоит. Неудивительно, что Н. Винер рассматривал принцип обратной связи как "тайну жизни", отводя ему фундаментальную роль при изучении феноменов живой природы и социальных явлений. И действительно, какое бы явление из области высших форм движения ни изучалось, всюду мы наталкиваемся на различные проявления принципа обратной связи и лишь с позиции этого принципа можем дать надлежащее толкование и объяснение наблюдаемым фактам.

Заметим, что в функционально замкнутых системах обратная связь никогда не определяет полностью вход рассматриваемого объекта, поскольку никогда не включает в себя среду целиком, а лишь ее часть. Поэтому вход объекта всегда можно представить в виде прямого произведения А? S, где S – часть входа объекта, обусловленная обратной связью, А – вход, обусловленный воздействием на объект остальной среды. Если обозначим выход системы через В, то описанием объекта как функционально детерминированной системы будет отображение f: A? S > B. Обратная связь по определению будет описываться отображением g: В > S.

Если вместо отображения g рассматривать композицию отображений? = gf: A x S > S, то можно прийти к обычному определению абстрактного автомата в виде пары отображений (f,?):

f: A? S > В,?: A? S > S,

где S трактуется как множество "внутренних" состояний. Приведенные выше рассуждения иллюстрируют процесс ассимиляции системой элемента среды g. Композиция элемента g с функцией f дает переходную функцию в системе (f,?). В результате ассимиляции появляется множество "внутренних" состояний S и поведение всей системы существенно осложняется.

Заметим, наконец, что акт ассимиляции элементов среды тесно связан с принципом редукции, упоминаемым в предыдущем параграфе, и может рассматриваться как процесс, в определенном смысле обратный операции редукции. Действительно, каждое заданное значение из S определяет некоторое отображение из А в В i и все множество S может быть описано как Н (А, В).